授業にいかす

実践記録（中学校）

　

　

山崎慶太

（東京・和光中学）

　

　

　

�T．はじめに

　本実践記録は前任校のもので、登場する生徒たちは１年次の植物学習を教科書どおりに学んできている。そのため、呼吸や光合成の本質を充分に理解しておらず、多くの生徒に呼吸と光合成の混同が見られる。また走る、重い物を持つといった力学的な運動を行う時にエネルギーが使われることは理解しているが、考えたり、夢を見たりすることにはエネルギーが使われないと思っている生徒が多いことを前回の実践で知った。さらに動物体を内燃機関にたとえ、動物はガソリンの代わりに食物を食べて、エンジンに当たる特定の器官でエネルギーを得ているという誤認識を持つ生徒も多い。本実践では、これらを克服するために、以下のような授業を組み立てた。

�U．授業プラン

　本実践では、呼吸を、「生物が各細胞において有機物を酸化し、エネルギーを得るはたらき」と定式化した。何らかの仕事をする時には必ずエネルギーが必要であり、逆に呼吸をしていれば、そのときに何らかの仕事をしているという認識を育てたい。そのため、はじめに激しい運動をした時に起こるマクロな体の変化から、食べることや外呼吸がエネルギー獲得に関係することを引き出しながら、呼吸を定式化する。続いて、呼吸で得たエネルギーは力学的運動のみならず、体温維持（発熱）や思考、成長（物質の合成）、細胞間の物質移動などにも利用されることを理解させる。そのために課題１と質問３を設定した。そして、最後に動物体は内燃機関とは違い、各細胞で常時エネルギーを取り出していることを明確にするために質問４を設定した。

　なお、以下の内容はすでに学習済みである。化学変化・有機物（熱分解による炭素と水の生成、燃焼による二酸化炭素と水の生成・光や熱の発生、有機物のなかまと特徴）・消化・吸収・タンパク質同化。

　「動物の呼吸」（全４時間）

　１時間目　なぜ呼吸をするのか

　２時間目　体温維持と呼吸

　３時間目　呼吸の行われる場所

　４時間目　呼吸器官のしくみと進化　

�V．授業記録（１〜３時間目のみ）

〔６時間目〕なぜ呼吸するのか（４組）

土田　体温が上がる。

鮫沢　息が激しくなる。

山田　疲れる。

Ｔ　　疲れるということはどういうこと　かな？

大塚　体に乳酸が溜まる。保健の授業で　習った。

沢村　心臓がすごくドキドキする。

小林　汗が出る。

Ｔ　もうないかな？おなかはどうなる？

Ｃ　　へる。

Ｔ　そうだね。では、運動をするとどう　して呼吸が激しくなるのだろうか？　　今日はそのことについて考えよう。

わからない　　　　　　２６人

有機物が化学変化した　　７人

　

Ｔ　わからない人は、みんな見当がつか　ないのかな？では、有機物と考えた人。

佐々木　有機物には炭素が含まれている　から。

橋口　二酸化炭素は酸素より炭素原子が　増えているけど、生物体は有機物でで　きていて、炭素を含んでいるから。

大塚　有機物を蒸し焼きにすると炭素が　残ったから、炭素を含んでいる。

Ｔ　では、有機物がどのような化学変化　をしたときに二酸化炭素を生じたでし　ょうか？　＊誰も答えない。

Ｔ　　呼吸では、酸素を吸って、二酸化　炭素を出しているよね。では、有機物　と酸素が反応するとどんな変化が起こ　ったかな？　＊質問が難しいようで、　誰も答えない。

Ｔ　では、有機物を酸素中で燃やすとど　うなったかな？

Ｃ　　炭ができた。

Ｔ　　他には？

Ｃ　　水ができた。

Ｔ　　蒸し焼きではなくて、有機物を酸　素中で燃やすとどうなったかな？

Ｃ　二酸化炭素ができる。

Ｃ　灰が残る。

Ｔ　　そうだね。二酸化炭素は体内で有　機物が酸素と反応して出てきたもので　す。では、我々が有機物を食べるのは　何のためだろう？食べたものは体内で　何に使われているかな？

寺嶋　体をつくる

Ｔ　　もうひとつあるけど何かわかる人　は？　＊なかなか出ない。

Ｔ　　我々がご飯を食べないとどうなる　の？

Ｃ　　やせる。

Ｃ　　力が出ない。

Ｔ　　そうだね。食べ物は我々が活動す　るエネルギー源にもなっているね。生　物は、体内で有機物を酸化した時に出　るエネルギーで活動しています。有機　物を空気中で燃やすと、二酸化炭素と　水ができ、その時に炎、つまり熱や光　を出しますね。体内ではその反応がゆ　っくり起こり、発生した熱は体温にな　ります。だから、たくさん運動してエ　ネルギーを使うと、体温も上がります。　いままで、息をすることを呼吸と言っ　ていましたが、これからは生物が有機　物を酸化してエネルギーを得るはたら　きを呼吸と言います。

　〈わかったこと〉

赤池　吐く息の中に含まれている二酸化　炭素は体内で有機物が酸化された結果　であることがわかった。動物も植物も　有機物を酸化して、その時に得られる　エネルギーで活動していて、そのはた　らきを呼吸と言う。だから食べないと　エネルギー切れになって動けなくな　　る。呼吸に使われる有機物は主にブド　ウ糖や脂質で、病気で食べられない時　はタンパク質も使われる。だから、病　気になるとやせるのだと納得した。

　ノートの評価は、Ａが２５人（赤池とほぼ同様の内容が書かれている）、Ｂが４人（呼吸ではブドウ糖や脂肪が主に使われることが抜けている）、Ｃが４人（有機物が酸化された結果のみで、呼吸の意味について書いていない）であった。

　

〔７時間目〕体温維持と呼吸（３組）　　　　

わからない　　　　　１３人→０人

冷蔵庫の方　　　　　１２人→３１人

常温の部屋の方　　　　６人→０人

Ｔ　　わからない人は？

岡崎　見当がつかない。

Ｔ　　他の人も全然見当がつかないの？ ＊全員、見当がつかない。

Ｔ　では、常温の部屋と考えた人から。

菅原　常温の方が寒い時より動きやすい　から、たくさん運動するためにたくさ　ん食べると思う。

原屋　常温の方が過ごしやすいから、食　欲があると思う。

井浦　僕は冬より夏の方が食欲があるか　ら、暖かい方が食欲があると思う。

雪村　寒いと動きたくないから、常温の　方がよく運動してお腹がへると思う。

Ｔ　４人に答えてもらったけど、大きく　ふたつの意見に分かれるね。では、井　浦君と同じで、暖かい方が食欲がある　からと考えた人は？井浦君１人ね。　では、常温の方が過ごしやすく、活発　に運動するからという人は？５人ね。　では、冷蔵庫の方と考えた人の理由　　は？

小原　寒いからよく動くので、お腹が減　ると思う。

安松　私たちも寒いとじっとしていられ　ないで、体を動かすから、ネズミもそ　うだと思う。

坂牧　寒いので体温を保つためにエネル　ギーが使われるから、たくさん食べる　と思う。

古賀　寒いので、熱をつくるためにたく　さん食べると思うから。

下山　同じで、体温を保つために熱をつ　くるから。それにはたくさんのエネル　ギーがいるから。

Ｔ　こちらの考えも大きくふたつに分け　られるね。では、寒い方がよく運動す　るからと考えた人は？５人。では、体　温を維持するためと言う人は？７人。　では、質問や意見を出して下さい。常　温の方がよく運動するという意見と、　反対に寒い方がよく運動するという意　見が出ているけど、どちらが正しいか　な？

　＊口々に「寒い外」とか「暖かい部屋」と声はあがるが、誰もその根拠を説明できない。

Ｔ　では、体を動かしたくない時って、　どんな状況の時かな？暖かい部屋の中　にいる時？それとも寒い外にいる時か　な？

星野　暖かい部屋にいる時。

Ｔ　　そうかな？では、寒い外にいる時　は、運動したい？それともじっとして　いたい？　

星野　運動したい。

Ｔ　みんなも合意できる？では、冷蔵庫　の中のマウスはどちらの状況に似てい　るかな。

星野　寒い時に外にいるとき。

Ｔ　そうだね。寒いときに外でじっと動　かないでいて、体温を維持することが　できるかな？我々だったらそういう状　況の時にどうなる？

高橋　ぶるぶる震える。

小原　じっとしていられないで、足をば　たばたしたり、走り回ったりする。

Ｔ　　では、常温の部屋と冷蔵庫に入れ　たマウスでは、どちらの方がたくさん　食べるかな？　＊大勢から「冷蔵庫の　方」と声があがる。

菅原　考えを変更。寒いと体を温めるた　めにたくさん運動するからエネルギー　がいるので、たくさん食べる。

雪村　僕も変更。寒い方が体温を維持す　るためによく動くからたくさん食べ　　る。

Ｔ　常温の部屋の方がたくさん食べると　いう人は１人もいなくなってしまっ　たの？では、井浦君は冬より夏の方が　食欲があると言っていたけど、みんな　はどうかな？夏の方が食欲がある人　　は？3人。では、冬の方が食欲がある　人は？11人。あとの人は変わらない　の？このクラスでは、冬の方が多かっ　たけど、他の4クラスはどこも同じく　らいの人数だったよ。胃腸が弱い人は　夏バテのときに食欲がなくなるけど、　あまり変わらないみたいね。どうして　だと思う？ネズミとヒトの生活を比べ　てごらん。

久保田　ヒトは冬になると厚着をするか　ら、体温維持にそんなにエネルギーを　使わない。

下山　ヒトは冷暖房のある部屋で生活し　ているから、体温維持にそんなにエネ　ルギーを使わないので、あまり食べな　くてもいい。

Ｔ　食欲は精神的なことや体調も影響す　るから、難しいけど、ふたりが言った　ことでいいと思います。では、付け足　しします。ある本によると、恒温動物　は体温維持に食物の４割程度を使って　いるそうです。同じ体重の哺乳類とト　カゲなどのハ虫類を比べると食べる量　は哺乳類の方が少なくとも４割以上多　いことになります。動物園では哺乳類　には毎日エサを与えるけど、ヘビなど　のハ虫類には数日おきにしかエサを与　えないそうです。

＊この後、常温の部屋においたままのマウスと途中から冷蔵庫に入れたマウスが食べた量の資料を配った。

〈わかったこと〉

下山　資料からわかるように、常温の部　屋においたままのマウスより、冷蔵庫　に入れたマウスの方が１日に食べる量　が２５〜３８％多かった。寒いと体を　温めるためにたくさんの熱を発生させ　るから、その分、有機物が使われるた　めにたくさん食べる。恒温動物は１日　の食物量の約４割を体温維持に使って　いるので、変温動物よりもたくさん食　べる。

※ノートの評価　Ａは２０人、Ｂは７人（寒いからたくさん運動するためにたくさん食べることのみを理由に挙げて、体温を維持するために熱を発生させることが抜けている）、Ｃは６人（課題の結果のみ書いてある）。

〔８時間目〕呼吸の行われる場所（１組）

Ｔ　では、思いつくものをどんどん出し　て下さい。

後藤　心臓を動かす。

今野　寝返りをうつ。

木村　エネルギーに変えて蓄えている。

阿部　脳がはたらいている。

Ｔ　脳は寝ているときにどんなはたらき　をしているの？

阿部　心臓を動かしたり、夢をみたり。

鈴木　寝言を言う。

阿久津　息をする。

中村　消化管がはたらいている。

岡田　成長する。

鷹野　筋肉や骨が成長する。

谷　　髪の毛が伸びる。

松田　疲れがとれる。

Ｔ　　疲れるってどういうことかな？

松田　乳酸がたまる。

Ｔ　　保健体育で習ったね。筋肉にたま　った乳酸を他の物質に変化させるため　にはエネルギーがいるね。

島田　次の日に使うエネルギーをつくっ　ている。

Ｔ　　呼吸で取り出したエネルギーは、　すぐに使わないとだめで、蓄えておく　ことはできません。だから、呼吸をし　ているということは、その瞬間に何か　仕事をしているということです。では、　いままで出た意見のうち、エネルギー　を使わない時はあるかな？

清家　夢を見る。自然に見えるから。

阿部　夢を見るということは、脳がはた　らいているのだからエネルギーはい　　る。

Ｔ　　いま勉強しているよね？脳で考え　ているよね？エネルギーは使われてい　ないの？　

＊「使う」という声が数人から上がる。

Ｔ　　人間の脳に似た機械に電卓やパソ　コンがあるけど、それらを動かすには　電気がいるよね。電気もエネルギーで　す。「電気エネルギー」とか「エネル　ギー資源」という言葉を聞いたことあ　るでしょう？電卓で電池が残り少なく　なったときに簡単な計算はできるけ　　ど、難しい計算をするとできない時が　あります。難しい計算をするには、そ　れだけ多くのエネルギーを使うからで　す。君たちも難しいことを考えている　ときはたくさんエネルギーを使ってい　るんだよ。寝ている時にも呼吸をして　いる理由がわかったね。

わからない　１３人

肺　　１０人

心臓　５人

全身のすべての細胞　３人

脳　１人

小腸　１人

胃　１人

　

Ｔ　　わからない人は全然見当がつかな　いの？　＊みんながうなずく。

後藤　脳は指令を出すところだから。体　の中心だから。

紺野　有機物を吸収するところは小腸だ　から、小腸だと思う。有機物をすぐに　使えるから。

鷹野　胃だと思う。食べ物が最初に入る　場所だから。

Ｔ　　全身の各細胞という人は？

谷口　栄養物質や酸素は各細胞に運ばれ　るから、エネルギーも細胞でつくって　いると思う。

小野寺　さっき先生がエネルギーは取り　出したらすぐに使わないとだめと言っ　たから、使う場所で呼吸をしないと駄　目だと思ったから。

Ｔ　　心臓という人は？

中村　いつも動いているからエネルギー　をつくっていそう。エンジンみたい。

大野　心臓でエネルギーをつくって、血　液で全身に送っている。

Ｔ　　肺という人は？

大屋　酸素を取り入れ、二酸化炭素を出　しているところだから。肺でエネルギ　ーをつくれば効率がいい。

＊他の人も同じ理由。

Ｔ　　では、まず全身の細胞でエネルギ　ーを生産しているのか、ある特定の場　所で生産しているのかを考えていこ　　う。どちらの方が効率がいいかな？

阿部　どこか一カ所で集中してつくった　方が効率がいい。

谷口　小野寺さんが言っていたように、　エネルギーを使うその場所でつくった　方が効率がいいから、各細胞だと思う。　心臓は、酸素や有機物を運ぶ血液を循　環させているだけ。

紺野　やっぱり意見を変えます。小野寺　さんや谷口さんの意見を聞いて、各細　胞の方が効率的だと思いました。

Ｔ　　反論はないかな？

　意見が出ないので、呼吸は各細胞でおこなっていることを説明した。

〈わかったこと〉

谷口　睡眠中に呼吸してつくったエネル　ギーは、心臓を動かしたり、消化した　り、寝返りを打ったり、成長したり、　疲れをとったりするのに使われる。ま　た、これらの動作をするために脳が指　令を出すのにもエネルギーがいる。夢　を見るのにもエネルギーが使われるこ　とがわかった。また、エネルギーは蓄　えることができないため、つくったら　すぐに使わないといけない。そのため、　動物は活動に必要なエネルギーをすべ　ての細胞で生産している。その方が一　カ所でつくって、体の各細胞に運ぶよ　り、効率がいい。指を誤って切断して　しまっても少しの時間なら、またつけ　ることができる。これは各細胞で呼吸　をしているからである。もし、肺や脳　でエネルギーをつくっていたら、切断　された指の細胞はすぐに死んでしま　　う。

※ノートの評価　Ａは２７人、Ｂは４人（２つの質問のうちのどちらかの答えが書いていない）、Ｄが３人（ほとんど書いていない）。

　

�W．授業の検討

　１．質問２について

　この質問は難しかったようで、どのクラスでも約８割の生徒が「見当がつかない」と答えた。外呼吸で排出される二酸化炭素は、有機物が化学変化して生じたものと考えた生徒も、その根拠は「有機物は炭素を含む」からであり、有機物が酸化されて生じたものであると答えた生徒はいない。呼吸の学習以前に有機物の燃焼を学習しているが、その時に生じた二酸化炭素と、呼気の二酸化炭素を結びつけることはできなかった。有機物の燃焼による二酸化炭素の発生を確認する実験は、有機物の熱分解（蒸し焼き）で炭素と水が生じる実験の付け足しでやったため、印象が薄かったことも、その一因と言える。しかし、呼気中の二酸化炭素

の生成原因を予想させること自体が中学生には難しいかもしれない。次回は、それを問うことはやめ、長時間運動するとお腹がへる事実から、食物を食べる意味（体構成物質と呼吸基質を取り入れる）を考えさせ、食物とエネルギー獲得、それに伴うガス交換（外呼吸）を結びつけたい。

　２．課題１について

　この発問も「見当がつかない」と答えた生徒が、どのクラスでも４割程度を占めた。常温の部屋の方がたくさん食べるという意見の理由は、いずれも自らの経験に基づいたもので、「寒いと動きたくない」「常温の方が過ごしやすく、食欲もある」のふたつである。これはどのクラスも共通している。一方、冷蔵庫の方がたくさん食べるという意見の理由は、「寒いとじっとしていられないでよく運動する」という経験に基づいたものと、「体温維持にエネルギーが使われる」とという前時に学んだことに基づいたものである。

　討論ではまず、冷蔵庫の中と常温の部屋のどちらに置いた方のマウスがよく運動するかを問うた。しかし、どのクラスでも出る意見は先に挙げた理由の繰り返しで、違う意見に対する反論は出ない。どちらも自分の経験に基づいて発言しているが、お互いに主張していることの前提条件が違うことに気付いていない。そのため、討論は平行線のまま時間が過ぎてしまった。

　そこで３組の場合は、条件を統一して以下のように発問した。「薄着をしている場合に、暖かい部屋にいる時と、寒い屋外にいる時では、どちらの方が体を動かさずにはいられないか。」この発問にはほとんどの生徒が、「寒い屋外だとじっとしていられずに運動したくなる」と答えることができた。同時に、その経験をもとに冷蔵庫に入れたマウスの方がたくさん食べるという結論を導き出せた。

　３．質問４について

　質問に対する〈自分の考え〉の人数分布は、どのクラスもほぼ同じであった。肺や心臓など特定の器官でエネルギーを生産しているという意見が多数を占め、全身の各細胞と答えた生徒は数名程度であった。こうした生徒の誤った認識の実態を明らかにしながら、正しい認識を理解させていくうえでも、この発問を設定したことは妥当であった言える。

　ただ、エネルギーについて学ぶのが３年生であるため、生徒にエネルギーの概念をつかませることはなかなか困難である。生徒たちは日常生活の中で、電動おもちゃが動かなくなった時に、「電池が切れた」とか「エネルギーが切れた」という言い方をしている。呼吸の学習で使うエネルギーという言葉は、このように日常生活の中で使っているごく初歩的なレベルの概念でよいと思っている。

　呼吸が各細胞で行われていると予想した理由として、どのクラスでも、「有機物や酸素は各細胞に運ばれているから」と「エネルギーは取り出したらすぐに使わないとだめだから」のふたつの理由が挙がった。しかし、それ以外に全身の各細胞で呼吸を行った方が効率の良い根拠を挙げることはできなかった。生徒集団の力で課題解決ができるようにするためにはどのような指導過程を準備したらよいのか、今後の課題である。

〔参考文献〕

明星学園小中学校理科部授業テキスト『動物の食べ物』

山崎慶太「生物体構成物質としての有機物を教えよう」『理科教室』1999.11月号